(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子（１）において、
・第１主面（２５）と、該第１主面（２５）とは反対の側にある第２主面（２６）と、光生成のために設けられたアクティブ領域（２３）とを有する半導体チップ（２）と、
・前記半導体チップ（２）が前記第２主面（２６）の側で固定されている支持体（５）と、
・前記半導体チップ（２）の前記第１主面（２５）に配置されており、前記半導体チップ（２）から横方向に離間配置された出射側面（４０）を形成している出射層（４）とを有しており、
前記出射層（４）の中には、前記半導体チップ（２）の方向に向かって先細りになった切欠部（４５）が形成されており、
前記切欠部は、前記出射層を垂直方向に貫通して延在しており、
前記切欠部（４５）は、動作中に、前記第１主平面（２５）から出た光を、前記出射側面（４０）の方向へと方向転換させ、
前記出射層の上には、第１コンタクト構造が形成されており、該第１コンタクト構造は、前記出射層の中に設けられた前記切欠部を貫通して、前記第１主平面の側で、前記半導体チップと電気的にコンタクトしており、
前記半導体チップは、横方向において、少なくとも部分的に反射層（３１）によって取り囲まれている、
ことを特徴とする発光素子。
【請求項２】
前記反射層は、電気絶縁性であり、少なくとも部分的に前記半導体チップに直接接している、
ことを特徴とする請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
前記出射層のうち前記反射層とは反対の側に、別の反射層（３２）が配置されている、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１コンタクト構造のうち前記半導体チップの方に向いた層は、前記別の反射層である、
ことを特徴とする請求項３記載の発光素子。
【請求項５】
前記切欠部は、前記発光素子を上から見たときに漏斗状に形成されており、前記半導体チップの中央に配置されている、
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載の発光素子。
【請求項６】
前記出射側面は、前記発光素子を上から見たときに少なくとも部分的に湾曲されている、
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の発光素子。
【請求項７】
発光素子（１）において、
・第１主面（２５）と、該第１主面（２５）とは反対の側にある第２主面（２６）と、光生成のために設けられたアクティブ領域（２３）とを有する半導体チップ（２）と、
・前記半導体チップ（２）が前記第２主面（２６）の側で固定されている支持体（５）と、
・前記半導体チップ（２）の前記第１主面（２５）に配置されており、前記半導体チップ（２）から横方向に離間配置された出射側面（４０）を形成している出射層（４）とを有しており、
前記出射層（４）の中には、前記半導体チップ（２）の方向に向かって先細りになった切欠部（４５）が形成されており、
前記切欠部は、前記出射層を垂直方向に貫通して延在しており、
前記切欠部（４５）は、動作中に、前記第１主平面（２５）から出た光を、前記出射側面（４０）の方向へと方向転換させ、
前記出射層の上には、第１コンタクト構造が形成されており、該第１コンタクト構造は、前記出射層の中に設けられた前記切欠部を貫通して、前記第１主平面の側で、前記半導体チップと電気的にコンタクトしており、
少なくとも１つの第１発光素子（１Ａ）及び第２発光素子（１Ｂ）は、垂直方向に互いに上下に重なり合って配置されている、
ことを特徴とする発光素子装置。
【請求項８】
前記第１発光素子及び前記第２発光素子は、それぞれ、各出射層（４）のうち前記半導体チップ（２）とは反対の側に、第１コンタクト構造（６１）を有しており、各発光素子のうち該第１コンタクト構造とは反対の側に、第２コンタクト構造（６２）を有しており、
前記第１発光素子の前記第１コンタクト構造は、前記第２発光素子の前記第２コンタクト構造に導電的に接続されている、
ことを特徴とする請求項７記載の発光素子装置。
【請求項９】
前記第１発光素子及び前記第２発光素子は、それぞれ１つの第１コンタクト構造（６１）及び１つの第２コンタクト構造（６２）を有しており、
前記第１コンタクト構造及び前記第２コンタクト構造は、互いに逆方向から前記アクティブ領域（２３）へと電荷担体を注入するために設けられており、
前記第１コンタクト構造及び前記第２コンタクト構造は、垂直方向に、それぞれ前記支持体（５）及び前記出射層（４）を貫通して延在している、
ことを特徴とする請求項７記載の発光素子装置。
【請求項１０】
発光素子（１）において、
・第１主面（２５）と、該第１主面（２５）とは反対の側にある第２主面（２６）と、光生成のために設けられたアクティブ領域（２３）とを有する半導体チップ（２）と、
・前記半導体チップ（２）が前記第２主面（２６）の側で固定されている支持体（５）と、
・前記半導体チップ（２）の前記第１主面（２５）に配置されており、前記半導体チップ（２）から横方向に離間配置された出射側面（４０）を形成している出射層（４）とを有しており、
前記出射層（４）の中には、前記半導体チップ（２）の方向に向かって先細りになった切欠部（４５）が形成されており、
前記切欠部は、前記出射層を垂直方向に貫通して延在しており、
前記切欠部（４５）は、動作中に、前記第１主平面（２５）から出た光を、前記出射側面（４０）の方向へと方向転換させ、
前記出射層の上には、第１コンタクト構造が形成されており、該第１コンタクト構造は、前記出射層の中に設けられた前記切欠部を貫通して、前記第１主平面の側で、前記半導体チップと電気的にコンタクトしており、
少なくとも１つの第１発光素子（１Ａ）及び第２発光素子（１Ｂ）が、横方向に互いに隣り合って配置されており、
前記発光素子装置は、複数のコンタクト路（８１）を有しており、
該コンタクト路（８１）は、前記発光素子の相互に対向する両面に配置されており、前記発光素子を互いに電気的に並列に接続している、
ことを特徴とする発光素子装置。
【請求項１１】
発光素子（１）において、
・第１主面（２５）と、該第１主面（２５）とは反対の側にある第２主面（２６）と、光生成のために設けられたアクティブ領域（２３）とを有する半導体チップ（２）と、
・前記半導体チップ（２）が前記第２主面（２６）の側で固定されている支持体（５）と、
・前記半導体チップ（２）の前記第１主面（２５）に配置されており、前記半導体チップ（２）から横方向に離間配置された出射側面（４０）を形成している出射層（４）とを有しており、
前記出射層（４）の中には、前記半導体チップ（２）の方向に向かって先細りになった切欠部（４５）が形成されており、
前記切欠部は、前記出射層を垂直方向に貫通して延在しており、
前記切欠部（４５）は、動作中に、前記第１主平面（２５）から出た光を、前記出射側面（４０）の方向へと方向転換させ、
前記出射層の上には、第１コンタクト構造が形成されており、該第１コンタクト構造は、前記出射層の中に設けられた前記切欠部を貫通して、前記第１主平面の側で、前記半導体チップと電気的にコンタクトしており、
前記発光素子は、２つのプレート（８）の間に配置されており、
これらのプレートのうちの少なくとも１つは、前記発光素子で生成された光に対して透明又は少なくとも半透明である、
ことを特徴とする発光素子装置。
【請求項１２】
複数の発光素子（１）の製造方法において、
ａ）複数の半導体チップ（２）を１つの支持体（５）の上に配置するステップと、
ｂ）前記半導体チップ同士の間の中間スペース（５５）の中に反射層（３１）を被着させるステップと、
ｃ）切欠部（２５）を有する出射層（４）を形成するステップであって、前記切欠部（２５）の中ではそれぞれ１つの半導体チップが露出しており、前記切欠部（２５）は前記半導体チップの方向に先細りになっている、ステップと、
ｄ）前記出射層を分離して、各発光素子が少なくとも１つの半導体チップと、前記出射層の中に設けられた１つの切欠部とを有するよう、複数の発光素子を個別化するステップ、
を有する方法。
【請求項１３】
前記切欠部を、コヒーレント光によって形成する、
ことを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記請求項１から６のいずれか一項に記載の発光素子を製造する、
ことを特徴とする請求項１２又は１３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光素子、並びに、発光素子の製造方法に関する。
【０００２】
本出願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０２０１００３２０４１．２号に優先権を主張し、この文献の開示内容は参照によってこの出願に取り入れられるものとする。
【０００３】
例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のようなディスプレイ装置の背面照明のため、又は、導光路への入射（カップリング）のために、発光素子から放出される光が、側方に、つまり、発光素子の実装平面に対して平行に放射されると有利である。このために、発光素子から放射された光を適切に方向転換させる比較的複雑な外部の光学系を使用することが多い。
【０００４】
本発明の課題は、光を側方に放射する発光素子であって、かつコンパクトに構成された発光素子を提供することである。さらには、発光素子を簡単かつ高信頼性に製造できる方法を提供したい。
【０００５】
この課題は、独立請求項に記載の特徴によって解決される。さらなる別の構成及び利点は、従属請求項の対象である。
【０００６】
１つの実施例によれば、発光素子は、第１主面と、該第１主面とは反対の側にある第２主面と、光生成のために設けられたアクティブ領域とを有する半導体チップを有する。発光素子はさらに支持体を含み、この支持体には、半導体チップが、第２主面の側で固定されている。半導体チップの第１主面には、出射層が配置されている。出射層は、半導体チップから横方向に離間配置された、発光素子からの光を出射（デカップリング）するために設けられた出射側面を形成している。出射層の中には、半導体チップの方向に向かって先細りになっている切欠部が形成されており、この切欠部は、発光素子の動作中に、第１主面から出た光を、出射側面の方向へと方向転換させる。
【０００７】
つまり、出射層の中に設けられた切欠部によって、光が横方向に方向転換されるのである。本願における横方向とは、半導体チップのアクティブ領域の主延在平面に対して平行に延びる方向であると理解される。
【０００８】
出射層は、横方向において、有利には出射側面によって画定されている。
【０００９】
切欠部は、有利には出射側面から離間配置されている。切欠部は、発光素子を上から見たときに、有利には半導体チップとオーバーラップしている。
【００１０】
半導体チップの第１主面は、半導体チップのために、有利には主出光面を形成している。つまり、有利には、半導体チップ内で生成された光の少なくとも５０％が、第１主面を通って半導体チップから出る。第１主面から出る光の割合が高ければ高くなるほど、切欠部によって所期のように横方向に方向転換された後に出射側面から出射できる光の割合は高くなる。主として垂直方向に、つまりアクティブ領域の主延在平面に対して垂直に延在する方向に放射する半導体チップを、簡単かつ高信頼性に制御して横方向へ出射させることができるようになるということが判明した。
【００１１】
有利な１つの実施例においては、半導体チップは、横方向において、少なくとも部分的に、有利には全周に沿って、反射層によって取り囲まれている。反射層によって、半導体チップの第１主面から出る光の割合を、格段に増加させることができる。さらに、出射層の中を経過する光は、反射層にて反射した後、出射層から発光素子から出射することができる。
【００１２】
さらに有利には、反射層は、電気絶縁性とすることができる。半導体チップの電気短絡の危険はこれによって格段に低減される。特に反射層は、少なくとも部分的に、又は、全周に亘って、半導体チップに、特にアクティブ領域に直接接している。
【００１３】
別の有利な１つの実施例においては、出力層のうち反射層とは反対の側に、別の反射層が配置されている。つまり、この場合には出射層は２つの反射層の間に配置されている。この別の反射層を用いることにより、出射層に入射された光が垂直方向に、つまり横方向に対して垂直に延在する方向に発光素子から出射するのを、阻止することができる。
【００１４】
反射層及び／又は別の反射層は、例えば反射性に構成されたプラスチックを含むことができる。有利には、プラスチックに、反射率を増加させるための粒子が設けられている。例えば、粒子が充填されたシリコーン、例えば二酸化チタン粒子が充填されたシリコーンが適している。
【００１５】
択一的又は付加的に、反射層は、金属特性を有する層を含むことができる。金属特性とはとにかく、層が、金属又は金属合金を有しているということ、さらには、光の入射角から十分に独立した高い反射性を有しているということであると理解される。
【００１６】
さらに有利には、反射層及び別の反射層は、少なくとも部分的に、特に切欠部の外側の領域では、互いに平行に延在している。したがって光はより簡単に、出射側面の方向へと導かれる。
【００１７】
別の有利な１つの実施例においては、出射層の上に第１コンタクト構造が形成されている。第１コンタクト層は、出射層の中に設けられた切欠部を貫通して、第１主面の側で半導体チップと電気的にコンタクトしている。第１コンタクト構造は、発光素子の外部との電気的コンタクトとして使用される。第１コンタクト構造は、多層に構成することも可能である。特に、第１コンタクト構造のうち半導体チップの方を向いた層は、別の反射層を形成することができる。
【００１８】
半導体チップとは反対の側において、第１コンタクト構造は、有利には簡単にはんだ接合を形成できる層を有する。例えばこのために、金、ニッケル、又は錫のような金属か、又は、これらの材料のうちの少なくとも１つを有する合金が適している。
【００１９】
有利には、発光素子はさらに、半導体チップの電気的コンタクトのための第２コンタクト構造を有する。第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造によって、発光素子の動作中、異なる側からアクティブ領域へと電荷担体が注入され、そこで電荷担体は、光を放出して再結合することができる。
【００２０】
特に、半導体チップの電気的コンタクトのための第２コンタクト構造は、第２主面の側に設けることができる。この場合には、第１コンタクト構造と第２コンタクト構造とが、有利には発光素子を垂直方向に閉じ込めている。
【００２１】
有利な１つの実施例においては、切欠部は、発光素子を上から見たときに漏斗状に形成されている。特に切欠部は、回転対称、又は、少なくとも大部分を回転対称に形成することができる。さらに切欠部は、半導体チップの中央に配置することができる。「中央」とは、本願においては、垂直方向に延在する切欠部の軸が、半導体チップの重心を通って延在するか、又は、少なくとも、半導体チップの横方向の最大長さの最大でも１０％の長さの半径を有する重心を中心とした範囲内で延在するということを意味する。このようにして発光素子は簡単に、横方向に均一な３次元放射特性を有するようになる。
【００２２】
有利な実施例においては、出射側面は、発光素子を上から見たときに少なくとも部分的に湾曲されており、有利には外側から見て凸型に湾曲されている。特に出射側面は、楕円形又は円形に形成することができる。円形の出射側面は、特に、発光素子を上から見たときに漏斗状の、半導体チップの中央に配置された切欠部と関連させて、横方向に均一な発光素子の光のために適している。
【００２３】
発光素子は、２つ以上の半導体チップを有することができる。この場合有利には、各半導体チップに少なくとも１つの切欠部が割り当てられており、該切欠部は、各半導体チップの方向に先細りになっている。
【００２４】
さらに、上に説明した特徴の少なくとも１つを有する複数の発光素子が、１つの発光素子装置を形成することができる。
【００２５】
第１実施形態によれば、少なくとも１つの第１発光素子と第２発光素子とが、垂直方向に互いに上下重なり合って配置されている。
【００２６】
第１発展形態においては、第１発光素子及び第２発光素子は、それぞれ、各出射層のうち半導体チップとは反対の側に、第１コンタクト構造を有しており、発光素子のうち第１コンタクト構造とは反対の側に、第２コンタクト構造を有している。この際さらに有利には、第１発光素子の第１コンタクト構造は、第２発光素子の第２コンタクト構造と導電的に接続されている。したがって第１発光素子と第２発光素子は、互いに電気的に直列に接続することができる。
【００２７】
択一的な発展形態においては、第１発光素子及び第２発光素子は、それぞれ、第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造を有し、これらのコンタクト構造は、互いに逆方向からアクティブ領域に電荷担体を注入するために設けられており、第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造は、垂直方向において、それぞれ支持体と出射層とを貫通して延在している。
【００２８】
特に、第１コンタクト構造及び／又は第２コンタクト構造は、各発光素子を、それぞれ垂直方向に完全に貫通して延在することができる。したがってこれらのコンタクト構造は、発光素子とは反対の側にて、外部との電気的コンタクトを提供することができる。このようにして構成されたコンタクト構造により、上下に重なり合って配置される複数の発光素子を、簡単に電気的に並列に接続することが可能となる。
【００２９】
択一的な実施形態によれば、少なくとも１つの第１発光素子と第２発光素子とが、横方向に互いに隣り合って配置されている。発光素子装置は、有利には複数のコンタクト路を有しており、これらのコンタクト路は、発光素子の相互に対向する両面に配置されており、発光素子同士を少なくとも部分的に電気的に並列に接続している。
【００３０】
有利な１つの実施例によれば、発光素子が、２つのプレートの間に配置されており、有利にはこれらのプレートのうちの少なくとも１つは、発光素子で生成された光に対して透明、又は、少なくとも半透明である。
【００３１】
複数の発光素子の各出射側面を通って出射された光は、プレートのうちの少なくとも１つへと入射することができ、その後、このプレートから大面積で出射することができる。したがってこれらのプレートは、平面放射器を形成している。
【００３２】
別の１つの実施形態においては、２つのプレートの間に充填材料が配置されており、充填材料は、発光素子を少なくとも部分的に取り囲んでいる。この充填材料によって、発光素子から放出されてプレートへと入射される光の割合を増加させることができる。
【００３３】
別の有利な１つの実施例においては、プレートの少なくとも１つの側面が反射性になっている。したがって動作中に半導体チップによって生成された光は、プレートの反射性の側面において反射して、他の側面の１つを通って出射することができる。
【００３４】
複数の発光素子の製造方法において、１つの実施例によれば、複数の半導体チップが１つの支持体の上に配置される。半導体チップと半導体チップの間の中間スペースに、反射層が被着される。出射層が形成され、この際に、出射層は切欠部を有しており、切欠部の中ではそれぞれ１つの半導体チップが露出しており、切欠部は半導体チップの方向に向かって先細りになっている。複数の発光素子を個別化するために、出射層が分離され、各発光素子は、少なくとも１つの半導体チップと、出射層の中に設けられた少なくとも１つの切欠部を有する。
【００３５】
方法は、有利には上に列挙した順序で実施される。しかしながら、有利には製造ステップ同士の順序が異なっている実施例も考えられる。
【００３６】
支持体は、反射層によって、少なくとも部分的に半導体チップと平坦化することができる。したがって出射層は、少なくとも大部分が一つの平面上に延在している。
【００３７】
１つの実施形態においては、コヒーレント光によって切欠部が形成される。特にレーザ光が適している。択一的又は付加的に、エッチング方法を使用することもできる。
【００３８】
択一的な実施形態においては、出射層は、既に切欠部を有するように被着される。これは例えば、切欠部に応じて成形された注入成形金型を用いて実施することができる。注入成形金型は、例えば注入法、射出注入法、射出圧縮法によって充填することができる。
【００３９】
切欠部は、有利には、発光素子で生成された光を反射する側面を形成している。
【００４０】
側面の傾斜角度は、横方向の平面に対して有利には３０°以上６０°以下である。
【００４１】
説明した方法は、上に説明した発光素子を製造するために特に適している。したがって、発光素子又は発光素子装置に関連して説明した特徴は、方法に対しても当てはまり、逆も当てはまる。
【００４２】
さらなる特徴、実施例、及び利点は、図面に関連した以下の実施例の説明から明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１Ａは、発光素子の第１実施例の断面図であり、図１Ｂは、発光素子の第１実施例の概略平面図である。
【図２】図２は、発光素子の半導体チップの実施例を示す図である。
【図３】図３は、発光素子の第２実施例の概略平面図である。
【図４】図４は、発光素子の第３実施例の概略断面図である。
【図５】図５Ａは、発光素子の第４実施例の断面図であり、図５Ｂは、発光素子の第４実施例の概略平面図である。
【図６】図６は、発光素子装置の第１実施例の概略断面図である。
【図７】図７は、発光素子装置の第２実施例の概略断面図である。
【図８】図８は、発光素子装置の第３実施例の概略断面図である。
【図９】図９は、発光素子装置の第４実施例の概略断面図である。
【図１０】図１０Ａから１０Ｆは、発光素子の製造方法の実施例を、斜視図で示した中間ステップに基づいて図示した図である。
【００４４】
図中における同一、同種、又は同一の作用を有する要素には、同一の参照符号を付している。
【００４５】
図面に図示した要素の形状及び要素同士の寸法比率は、縮尺通りと見なすべきではない。むしろ個々の要素、例えば層厚は、見やすく及び／又は理解しやすくするために、誇張して大きく図示していることがある。
【００４６】
図１Ａ（線ＡＡ’に沿った断面図）及び図１Ｂに図示する発光素子１の第１実施例は、支持体５の上に配置された半導体チップ２を有する。
【００４７】
半導体チップ２は、取り付け層５２によって支持体５の取り付け面５１の上に固定されている。取り付け層５２には、特にはんだ層又は接着層が適している。
【００４８】
半導体チップ２は、第１主面２５と、第１主面２５の反対側にある第２主面２６とを有する。第１主面２５と第２主面２６との間には、光生成のために設けられたアクティブ領域２３が形成されている。
【００４９】
横方向、つまりアクティブ領域２３の主延在平面に沿って延びる方向において、半導体チップ２は完全に反射層３１によって取り囲まれている。反射層３１は半導体チップ２に直接接しており、製造時に半導体チップ２に一体成形されている。
【００５０】
動作中にアクティブ領域２３にて生成され、横方向に放射された光は、半導体チップ２から横方向に出るべきはずのところであるが、反射層３１によって半導体チップ２へと戻るように反射され、その後、半導体チップの第１主面２５から出ていくことができる。したがって、反射層３１を用いて、半導体チップの第１主面２５から全体として出る光出力を高めることができる。
【００５１】
反射層３１の厚さ、つまり反射層の垂直方向における長さは、反射層３１が少なくともアクティブ領域２３を覆うように構成されている。しかしながら反射層３１は、垂直方向において、必ずしも半導体チップ２の第１主面２５と同一平面上で終端する必要は無い。
【００５２】
反射層３１は、有利には電気絶縁性に構成されている。特に、反射層はプラスチックを含むことができ、プラスチックには、反射率を増加させるために充填粒子を設けることができる。例えば反射層３１は、二酸化チタン粒子が充填されたシリコーン層とすることができる。このような反射層は、可視スペクトル領域において８５％以上、例えば９５％の反射率を有することができる。
【００５３】
半導体チップ２の第１主面２５の上には、出射層４が形成されている。出射層４は、横方向において半導体チップ２を越えて延びており、反射層３１をも覆っている。
【００５４】
出射層４は、横方向において出射側面４０によって画定されており、この出射側面４０は、アクティブ領域２３にて生成された光を、発光素子１から出射させる（デカップリングさせる）ために設けられている。さらにこの実施例では、出射側面が、横方向において、発光素子１を垂直方向に完全に画定している。しかしながら出射側面は、横方向において、発光素子１を部分的にのみ画定することも可能である。例えば支持体５が、横方向において、出射層を越えて突出することができる。
【００５５】
出射層４には切欠部４５が形成されており、切欠部４５は、出射層を垂直方向に貫通して延在している。切欠部４５は、横方向の平面に対して傾斜した側面４５０を有する。アクティブ領域２３にて生成されて半導体チップ２の第１主面２５から出た光は、この側面において、出射側面４０の方向へと方向転換することができる。側面４５０は半導体チップと接している。つまり半導体チップ２から出た光は、直接出射層４へと入射され、ここで切欠部４５に衝突すると方向転換される。
【００５６】
側面４５０は、第１主面２５に対して有利には３０°以上６０°以下の角度をなしており、有利には３５°以上５５°以下である。
【００５７】
出射層４のうち半導体チップ２とは反対の側には、別の反射層３２が配置されている。この別の反射層３２は、少なくとも切欠部４５の側面４５０を覆っており、出射側面４０の方向への光の方向転換を改善するために使用される。出射側面４０に接している領域では、反射層３１と別の反射層３２は互いに平行に延在している。
【００５８】
この実施例では、別の反射層３２は、切欠部４５の領域において半導体チップ２に接している。別の反射層３２のうち半導体チップ２とは反対の側には、第１コンタクト構造６１が配置されている。第１コンタクト構造６１は、発光素子１のための外部との電気的コンタクトを形成している。第１コンタクト構造の反対側には、第２コンタクト構造６２が形成されている。発光素子の動作中、第１コンタクト構造６１及び第２コンタクト構造６２を介して、異なる側から半導体チップ２のアクティブ領域２３へと電荷担体を注入することができ、電荷担体はここで光を放出することによって再結合できる。
【００５９】
この実施例では、別の反射層３２は導電性に構成されている。有利には、別の反射層３２は金属の性質を有しており、アクティブ領域で生成すべき光に対して高い反射率を有する金属を含むか、又は、少なくとも１つの金属を含む金属合金を含む。可視スペクトル領域においては、例えばアルミニウム、銀、ロジウム、パラジウム、クロムが、高い反射率を有する。赤外線スペクトル領域に関しては、例えば金が適当である。
【００６０】
第１コンタクト領域６１及び第２コンタクト領域６２は、少なくとも半導体チップ２とは反対の側において、例えばはんだ接合によって発光素子が簡単に外部と電気的コンタクトできるよう構成されている。有利には、第１コンタクト構造及び第２コンタクト構造は、例えば銀、アルミニウム、パラジウム、ニッケル、プラチナ、金、又はチタンといった金属か、又は、上に挙げた材料の少なくとも１つを有する金属合金を含む。
【００６１】
第２主面２６の側における半導体チップの電気的コンタクトは、この実施例では、支持体５を貫通して実施される。支持体５は、有利には高い導電性並びに高い熱伝導性を有する。特に、支持体は、例えば銅のような金属を含むか、又は、例えば銅のような金属から形成されている。支持体５は、例えば金属プレート、例えば銅プレートから製造することができる。支持体は、全く構造化しないでおくことができ、したがって特に簡単かつ低コストに製造することができる。
【００６２】
図示した実施例とは異なり、支持体５を直接外部コンタクト用に設けて、支持体自体を第２コンタクト構造とすることが可能である。この場合には、第２コンタクト構造を形成するための付加的な層は必要なくなる。
【００６３】
発光素子１を平面図で見ると、切欠部４５は、回転対称に構成された漏斗状に形成されている。さらに切欠部４５は、半導体チップ２の中央に配置されている。したがって光は、出射側面４０を通って横方向に均等に出射することができる。光は、横方向の平面において、半導体チップを中心とした全ての方向、つまり３６０°に出射される。しかしながら、発光素子に関して予め決められた放射特性に応じて、切欠部４５と半導体チップ２との別の位置関係、及び／又は、回転対称以外の切欠部４５の形状も目的に適っている。
【００６４】
上記に説明した発光素子１は、とりわけ発光素子の側方からの放射と、コンパクトなその構造形状とに基づき、特にＬＣＤ（液晶ディスプレイ）のようなディスプレイ装置を直接背面照明するため、又は、導光路への入射のために適している。
【００６５】
図２には、半導体チップ２の１つの実施例を示す概略断面図が図示されており、この半導体チップ２は、上述した発光素子及び後述する発光素子のために特に適当なものである。
【００６６】
半導体チップ２は、半導体積層体を備えた半導体本体２０を有する。半導体本体２０を構成するこの半導体積層体は、第１半導体領域２１と第２半導体領域２２とを含み、これらの半導体領域は、有利には互いに異なる導電型を有する。第１半導体領域と第２半導体領域との間には、光生成のために設けられるアクティブ領域２３が形成されている。
【００６７】
半導体本体２０は、基板２７の上に配置されている。この基板２７は、半導体本体２０の半導体積層体のための成長基板とは異なるものである。基板２７は、特に半導体本体２０の機械的な安定性のために使用される。半導体積層体のための成長基板は、ここではもはや必要ない。つまり、半導体チップ２には成長基板がない。基板は、例えばケイ素、ゲルマニウム、又は、砒化ガリウムのような半導体材料を含むか、又は、このような半導体材料から形成することができる。
【００６８】
成長基板が除去されている半導体チップは、薄膜半導体チップとも呼ばれる。
【００６９】
薄膜半導体チップ、例えば薄膜発光ダイオードチップは、本願においてはさらに、少なくとも１つの以下の特徴を有することができる：
・アクティブ領域を有する半導体積層体を含む半導体本体、とりわけエピタキシ積層体のうち、例えば基板２７のような支持体要素の方向に向いた第１主面には、ミラー層が被着されているか、又は、ミラー層が、例えばブラッグミラーとして半導体積層体に組み込まれる形で形成されている。ミラー層は、半導体積層体にて生成される光の少なくとも一部を半導体積層体へと戻すよう反射するものである；
・半導体積層体は、２０μｍ以下の範囲、特に１０μｍの範囲の厚さを有する；
及び／又は、
・半導体積層体は、理想的なケースにおいて、半導体積層体における光を近似的にエルゴード分布にさせる混合構造、つまりできるだけエルゴード的な確率の散乱特性を有する混合構造を有する少なくとも１つの平面を備える少なくとも１つの半導体層を含む。
【００７０】
薄膜発光ダイオードチップの基本原理は、例えばI. Schnitzer et al.著の刊行物『Appl . Phys . Lett. 63 (16)』１９９３年１０月１８日、２１７４〜２１７６頁に記載されており、ここでは当該刊行物の内容は、その限りにおいて、参照によって本願に取り込まれるものとする。
【００７１】
基板２７と半導体本体２０との間には、接続層２８が配置されており、この接続層２８によって、半導体本体２０が基板２７に固定されている。基板２７と半導体本体２０との間にはさらに、有利には金属特性を有するミラー層２９が形成されており、このミラー層２９は、アクティブ領域２３で生成されて基板２７の方向に放射された光を、第１主面の方向へと方向転換させるために設けられている。
【００７２】
薄膜半導体チップは、特に、放射された光の大部分、つまり少なくとも５０％が、第１主面の側から出ることを特徴としている。
【００７３】
しかしながら図示した実施例とは異なり、この基板が、半導体本体の半導体積層体のための成長基板である半導体チップも、使用することが可能である。この場合には、基板２７と半導体本体２０との間の接続層は必要ない。
【００７４】
半導体チップ２は、電気的コンタクトのために第１端子２４ａを有しており、該第１端子２４ａは、半導体チップの第１主面を形成している。第１端子２４ａの反対側では、半導体チップの第２主面２６に第２端子２４ｂが配置されている。したがって半導体チップは、互いに逆に位置する両面から、外部と電気的コンタクトすることができる。
【００７５】
半導体チップ２、特にアクティブ領域２３は、有利にはＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、紫外線領域（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ）から、可視領域（特に青色から緑色の光用のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、又は、特に黄色から赤色の光用のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＰ）に亘り、赤外線領域（ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ）にまで至る光生成のために、特に適当である。この場合、それぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１であり、特にｘ≠１，ｙ≠１，ｘ≠０及び／又はｙ≠０である。特に上に挙げた材料系からなるＩＩＩ−Ｖ族半導体材料によれば、さらに、光生成時に高い量子効率を達成することができる。
【００７６】
発光素子の第２実施例は、図３の概略平面図に図示されている。この第２実施例は、実質的に、図１Ａ及び１Ｂに関連して説明した第１実施例に相応している。第１実施例とは異なり、出射側面４０は、平面図で見て円形に形成されている。こうすることによって、切欠部４５にて放射状方向に反射された光は、全方向において出射側面４０に垂直に衝突するので、高い効率で、発光素子１から出射することが可能となる。
【００７７】
このように出射側面４０が円形である場合には、支持体５は、有利には出射側面４０とは異なる形状を有し、この実施例の場合には正六角形の形状である。こうすることによって、発光素子１は、出射側面４０が曲がっているにも拘わらず、製造時に直線部分を有する外縁部を有するようになる。製造時には、このような直線部分に基づいて、複数の発光素子同士を例えば機械的に鋸切断、割裂、又は折割などして簡単に個々に分離することができる。
【００７８】
横方向における放射特性の均一性をさらに増加させるために、付加的に、半導体チップの第１主面２５は、平面図で見て回転対称に形成することができ、これによってアクティブ領域で生成された光は、回転対称の光輝度で、又は、少なくとも実質的に回転対称の光輝度で、出射層４に入射するようになる。
【００７９】
発光素子の第３実施例は、図４に概略断面図で図示されている。この第３実施例は、実質的に、図１Ａ及び１Ｂに関連して説明した第１実施例に相応している。第１実施例とは異なり、第１コンタクト構造６１は、切欠部４５の領域において半導体チップ２に直接接している。つまり、半導体チップの電気的コンタクトは、別の反射層３２を貫通して実施されるのではない。したがって、この別の反射層３２も電気絶縁性に構成することができ、特に、別の反射層３２を反射層３１と同種に構成することができる。したがって出射層４は、両側において少なくとも部分的に反射層に接することができ、反射層を、例えばディスペンス又は注入成形法によって簡単に製造することが可能となる。
【００８０】
図５Ａ及び５Ｂに概略的に図示した発光素子１の第４実施例は、実質的に、図１Ａ及び１Ｂに関連して説明した第１実施例に相応している。第１実施例とは異なり、第１コンタクト構造６１は、支持体５のうち半導体チップ２とは反対の側にて、第１コンタクト面６１０を形成している。つまり発光素子は、第１コンタクト面６１０と、第２コンタクト構造６２の第２コンタクト面６２０とを用いて、下側において、２つのコンタクト部によるコンタクトが可能となる。第１コンタクト構造６１及び第２コンタクト構造６２は、それぞれ支持体５に設けられた切欠部５３を貫通して延在しており、半導体チップ２の第１主面２５の側、乃至、第２主面２６の側で、半導体チップとの電気接続を形成している。
【００８１】
この実施例においては、支持体５を電気絶縁性に構成することも可能である。例えば支持体は、例えば窒化アルミニウム又は窒化ホウ素といったセラミック、又は、プラスチックを含むか、又は、このような材料から形成することができる。セラミックを用いると、高い熱伝導率を有する支持体を製造することができるので、動作中に生成された排熱を効率良く半導体チップ２から排出することが可能である。
【００８２】
さらにこの発光素子は、全方向の放射のために設けられているわけではなく、例えば３つの出射側面４０だけを有する。別の１つの側面４１の方向に放射された光は、側方反射器３２１によって出射側面４０の方向に方向転換される。
【００８３】
側方反射器３２１は、この実施例では、出射層４を貫通する別の反射層３２の領域によって形成されている。
【００８４】
側方反射器３２１の形状によって、発光素子１の放射特性を調節することができる。例えば側方反射器３２１を、平面で見てＵ字形に形成することができ、こうすることによって発光素子の光は、実質的に１つの出射側面４０のみを通って達成されることとなる。
【００８５】
さらに第１実施例とは異なり、出射層４に設けられる切欠部４５は、半導体チップ２の重心から見て、放射用ではない別の側面４１の方向にずらされている。これによって、別の側面４１から離れる方向へ向けられる光が、大幅に向上する。
【００８６】
図６には、発光素子装置のための第１実施例が図示されている。この発光素子装置は、複数の発光素子１を有しており、これらの発光素子１は、それぞれ図１Ａ及び１Ｂに関連して説明したように構成されている。発光素子装置１０は、互いに垂直方向に上下に重なり合って配置された例えば３つの発光素子を有する。ここでは、第１発光素子１Ａの第１コンタクト構造６１は、例えば、はんだ又は導電性接着剤のような接続層（明示的には図示せず）によって、第２発光素子１Ｂの第２コンタクト構造６２と導電的に接続されている。したがって、上下に重なり合って配置された発光素子１Ａ，１Ｂは、ワイヤ接続されることなく互いに直列に導電接続されている。矢印７は、全体としてこの発光素子装置１０から横方向に出射される光を図示している。
【００８７】
発光素子装置のための第２実施例は、図７に概略断面図で図示している。この発光素子装置１０は、第１実施例のように垂直方向に上下に重なり合って配置された複数の発光素子１を有している。この発光素子１は、実質的に、図５Ａ及び５Ｂに関連して説明した第４実施例に基づく発光素子に相当している。
【００８８】
第４実施例とは異なり、発光素子１の第２コンタクト構造６２は、それぞれ１つのスルーコンタクト６２５を有する。このスルーコンタクトは、それぞれ出射層４を貫通して延在している。したがって各発光素子１は、垂直方向に発光素子１を完全に貫通して延在している第１コンタクト構造６１及び第２コンタクト構造６２を使用することができる。上下に重なり合って連続する複数の発光素子１の第１コンタクト構造６１同士、及び、第２コンタクト構造同士６２は、それぞれ互いに導電接続されており、したがって発光素子装置１０の発光素子１同士は、互いに電気的に並列に接続されている。上に説明したコンタクト構造６１，６２の実施例によれば、垂直方向に上下に重なり合って配置された複数の発光素子１を、このために付加的な外部電気接続線を必要とすることなく、互いに電気的に並列に接続させることができる。
【００８９】
つまり、全体として横方向（矢印７）に放出される放射出力を、特に同一又は少なくとも同種に構成された複数の発光素子によって、垂直方向に高めることができる。
【００９０】
図８には、発光素子装置１０のための第３実施例が図示されており、ここでは発光素子１は、実質的に、図１Ａ及び１Ｂに関連して説明した第１実施例のように構成されている。
【００９１】
発光素子装置１０は、横方向に互いに隣り合って配置された複数の発光素子１を有する。
【００９２】
発光素子１は、２つのプレート８の間に配置されている。発光素子１同士は、コンタクト路８１によって互いに電気的に並列に接続されている。コンタクト路８１は、例えばそれぞれ一貫した全面の、透明、又は、少なくとも半透明のコンタクト層として形成することができる。例えばこのコンタクト層は、透明な導電性酸化物（Transparent Conductive Oxide, TCO）を含むことができる。択一的又は付加的に、プレート８の上に金属製のコンタクト路を設けることができ、この金属製のコンタクト路は、所定の距離離れて見た肉眼ではもはや視認できないほど薄くすることができる。コンタクト路は、例えば銅を含むか、又は銅から形成することができる。
【００９３】
発光素子１同士の間には、充填材料８２が配置されている。充填材料８２は、発光素子から放出された光をプレート８へと入射させるために設けられている。有利には、充填材料８２は、プレートの屈折率の範囲にある屈折率を有する。発光素子装置１０の動作中、発光素子１によって生成された光はプレート８を介して出射することができ、したがって大面積の放射面を有する発光素子装置を簡単に実現することができる。
【００９４】
図９に図示した発光素子装置のための第４実施例は、実質的に、図８に関連して説明した第３実施例に相当している。第３実施例とは異なり、発光素子装置１０は、発光素子装置の側面を通る光を阻止するミラー８３を有する。発光素子装置１０の複数の側面がミラー８３を有することも可能であり、したがって、発光素子装置１０から非反射性の面を通って出る放射出力を、全体として高めることができる。ミラーについては、特に反射層３１，３２に関連して説明したような材料の１つが適当である。
【００９５】
上に説明した実施例とは異なり、プレートのうち少なくとも１つが、中に半導体チップが配置された凹部を有するようにすることも可能である。このようにして、側方から半導体チップから出た光を、凹部の側面を通ってプレートへと入射させることができる。
【００９６】
発光素子の製造方法の実施例は、図１０Ａから１０Ｆに、斜視的に示した中間ステップに基づいて概略的に図示されている。ここでは図面を簡単にするために、一部しか図示していないが、ここから発光素子の製造は明らかである。例えば一例として、４つの半導体チップ２を有する１つの発光素子の製造方法に関して図示されている。しかしながら、１つの発光素子に対する半導体チップの個数は、広範囲で自由に選択可能である。特に発光素子１は、ただ１つの半導体チップ１だけを有することも可能である。
【００９７】
図１０Ａに図示されているように、例えば金属薄板、例えば銅薄板の形態の支持体５が用意される。
【００９８】
支持体５の上に半導体チップ２が配置される（図１０Ｂ）。半導体チップ２は、支持体５の方を向いた側では、例えばはんだ層又は接着層（明示的には図示せず）を用いて支持体５と導電的に接続されている。半導体チップ２同士の間の中間スペース５５は、反射層３１を形成する成形材料によって充填されている（図１０Ｃ）。つまり支持体５は、成形材料によって半導体チップ２と平坦化される。しかしながら反射層３１は、支持体５とは反対の側において、必ずしも半導体チップ２と同一平面上になくてもよい。特に半導体チップ２のうち支持体５とは反対の側にある第１主面は、反射層によって少なくとも部分的に覆うことが可能である。
【００９９】
反射層３１の堆積は、例えばディスペンスによって実施することができる。択一的に、例えば注入法、射出成形法、又は射出圧縮法等のような他の方法を使用することもできる。
【０１００】
第１反射層３１のための材料として、例えば二酸化チタン粒子が充填されたシリコーン層が適している。充填率を増加させるにつれて反射層の反射率を増加させることができ、この反射層の反射率９０％以上、有利には９５％以上である。
【０１０１】
その後、図１０Ｄに図示したように出射層４が被着される。出射層４は、有利には、半導体チップで生成される光に対して透明又は少なくとも半透明の材料を含む。出射層には、スペクトル放射特性及び／又は３次元放射特性を制御するために、ルミネセンス変換材料又はディフューザ材料を埋め込むことができる。
【０１０２】
ルミネセンス変換材料が埋め込まれている場合には、この材料内に動作中に発生する損失熱を、第１コンタクト構造６１、及び、場合によっては別の反射層３２によって、効率的に排出することができる。
【０１０３】
出射層４のためには、特にポリマー材料、例えばシリコーン、エポキシド、又は、シリコーン及びエポキシドからなる混合物が適している。出射層４の中に切欠部４５が形成される。切欠部４５はそれぞれ出射層４を貫通して半導体チップ２へと延在している。切欠部は、半導体チップ２の方向に向かって先細りするように形成される。これは例えば、コヒーレント光、例えばレーザ光によって実施することができる。択一的に、例えばウェットケミカルエッチング方法のような化学的な方法を使用することも可能である。
【０１０４】
これとは異なり、出射層４が既に切欠部４５を有するように、出射層４を被着させることも可能である。このためには、注入成形金型を使用することができる。注入成形金型は、切欠部が相応に成形されており、したがって注入成形金型は、切欠部の領域では半導体チップ２に接している。
【０１０５】
注入成形金型の充填は、例えば注入、射出注入、又は、射出圧縮によって行うことができる。
【０１０６】
図１０Ｆに図示したように、出射層４の上に、例えば蒸着又はスパッタリングによって第１コンタクト構造６１が形成される。
【０１０７】
第１コンタクト構造６１を被着させる前に、例えばコヒーレント光によって、半導体チップの露出した表面を洗浄することができ、このようにしてより高信頼性のコンタクトを達成することができる。
【０１０８】
第１コンタクト構造６１は、支持体５とは反対の側から半導体チップを電気的コンタクトさせるために使用される。第１コンタクト構造６１は多層に構成することもでき、出射層４の方を向いた第１の層を、別の１つの反射層として構成することができる。例えば、チタン／ニッケル／パラジウム／金のような積層体、又は、チタン／ニッケル／金のような積層体が適している。
【０１０９】
必要な場合には、第１コンタクト構造６１のうち半導体チップ２と接する層を、亜鉛メッキによる堆積方法によって強化することができる。
【０１１０】
製造時には、複数の発光素子１が隣り合って製造される。複数の発光素子の個別化は、例えば鋸切断、切断、又は折割のように機械的に実施することも、例えばエッチングのように化学的に実施することもできる。個別化のために、コヒーレント光を使用することもできる。
【０１１１】
個別化の際には、特に出射層４は完全に分離され、この分離面を、発光素子１の出射側面４０とすることができる。
【０１１２】
上に説明した方法によって、動作中に横方向に光を放射する発光素子を、特に簡単かつ確実に製造することができる。出射側面の垂直方向の長さは、ここでは、製造時に出射層４の層厚を適切に選択することによって調整することができる。したがって発光素子１を、簡単に、例えば所定の導光路に適合するよう構成することができる。発光素子１から放射された光を方向転換させるための別個の光学装置は、省略することが可能となる。
【０１１３】
本発明は、実施例に基づく記載に限定されているわけではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴のあらゆる組み合わせが含まれる。このことはこのような特徴又はこのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていない場合であっても当てはまる。
【図１Ａ】
0005615433.tif 000002
【図１Ｂ】
0005615433.tif 000003
【図２】
0005615433.tif 000004
【図３】
0005615433.tif 000005
【図４】
0005615433.tif 000006
【図５Ａ】
0005615433.tif 000007
【図５Ｂ】
0005615433.tif 000008
【図６】
0005615433.tif 000009
【図７】
0005615433.tif 000010
【図８】
0005615433.tif 000011
【図９】
0005615433.tif 000012
【図１０Ａ】
0005615433.tif 000013
【図１０Ｂ】
0005615433.tif 000014
【図１０Ｃ】
0005615433.tif 000015
【図１０Ｄ】
0005615433.tif 000016
【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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